科学家利用阳光将塑料垃圾转化为有价值的化学物质

时间:2019-12-21 16:37 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

科学家利用阳光将塑料垃圾转化为有价值的化学物质南洋理工大学的助理教授Soo Han Sen介绍了这种塑料-光触媒混合物,当它暴露在阳光下时,可以将塑料转化为甲酸,甲酸是一种有用的化学物质。信贷:南大新加坡

新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的化学家们发现了一种利用阳光将塑料垃圾转化为有价值化学物质的方法。

在实验室实验中,研究小组将塑料与催化剂混合在一种溶剂中,这种溶剂可以利用光能,将溶解的塑料转化为甲酸一种用于燃料电池发电的化学物质。

由南洋理工大学物理与数学学院助理教授Soo Han Sen领导的研究小组在《先进科学》杂志上发表了他们的研究成果。

当以钒为基础的催化剂溶解在含有不可生物降解的消费者塑料(如聚乙烯)的溶液中,并暴露在人工阳光下时,它会在6天内分解塑料中的碳-碳键。

这一过程将聚乙烯转化成甲酸,甲酸是一种天然的防腐剂和抗菌剂,也可用于发电厂和氢燃料电池汽车的能源生产。

科学家利用阳光将塑料垃圾转化为有价值的化学物质(左起)研究员陈克福博士、南洋理工大学助理教授Soo Han Sen及Milos Dokic博士讨论他们的新光催化剂。信贷:南大新加坡

“我们的目标是开发可持续和经济有效的方法,利用阳光来制造燃料和其他化学产品,”助理教授说。“这种新的化学处理方法是首次报道的利用可见光和不含重金属的催化剂完全降解聚乙烯等不可生物降解塑料的方法。”

在新加坡,大多数塑料垃圾被焚烧,产生二氧化碳等温室气体,而大量燃烧剩下的灰烬则被焚烧。被运到Semakau垃圾填埋场,估计到2035年就会用完。

开发创新的零废物解决方案,例如使用环保催化剂将废物转化为资源,是南大智能校园发展可持续未来愿景的一部分。

利用来自太阳的能量来转化化学物质

钒基催化剂由有机基团支撑,通常缩写为LV(O),利用光能驱动化学反应,被称为光催化剂。

光催化剂使化学反应能够由阳光提供动力,而不像工业上的大多数反应需要热量,通常是通过燃烧化石燃料产生的。

这种新型光催化剂的其他优点是成本低、储量丰富、对环境友好,不像常见的由铂、钯或钌等昂贵或有毒金属制成的催化剂。

虽然科学家们已经尝试了其他方法将废塑料转化为有用的化学物质,但许多方法都涉及到不需要的试剂或太多的步骤来扩大规模。

一个例子是一种叫做光重整的方法,在这种方法中,塑料与水和阳光结合产生氢气,但这需要使用含有有毒重金属镉的催化剂。其他的方法要求塑料用危险的化学溶液处理。

大多数塑料是不可生物降解的,因为它们含有一种叫做碳碳键的非常惰性的化学键,如果没有高温的作用,这种化学键是不容易分解的。

由南洋理工大学研究小组开发的这种新型钒基光催化剂是专门用来打破这些化学键的,它通过附着在附近的一种名为醇基的化学基团上,利用从阳光中吸收的能量来解开分子,就像拉开拉链一样。

由于实验是在实验室规模进行的,塑料样品首先在溶剂中加热到85摄氏度溶解,然后是粉末形式的催化剂溶解。然后将溶液暴露在人造阳光下几天。使用这种方法,研究小组证明他们的光催化剂能够分解30多种不同化合物中的碳碳键,结果证明了一种环保、低成本的光催化剂的概念。

该研究小组目前正在对这一过程进行改进,以使塑料分解后产生其他有用的化学燃料,如氢气。

这项研究计划由五名科学家组成,历时两年,由南大人工光合作用实验室提供部分资助,并获南大先进制造与工程(AME)个人研究资助,目的是将基础科学思想转化为有用的应用。

参考文献:“有机转化与塑料回收的可见光驱动级联碳碳键切断”由Sarifuddin Gazi Miloš乙,okic Kek Foo的下巴,裴柔Ng和森汉秀,2019年10月24日,先进的科学。DOI: 10.1002 / advs.201902020

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